龍銀萍

摘 要：針對近年我國高速列車發(fā)展的重大需求，本文從專利分析角度進行高速鐵路列車中車身減振技術(shù)發(fā)展體系的特點，并相應(yīng)提出了我國高速列車減振技術(shù)的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：高速列車;車身減振技術(shù);專利;技術(shù)路線

一、概況

高速列車是現(xiàn)代人們常用的出行方式，高鐵提速大大的縮短旅途時間，隨著高速鐵路技術(shù)的快速發(fā)展，對列車的平穩(wěn)性和舒適性要求越來越高。如何在高速列車車體輕量化而引起彈性振動加劇的前提下，抑制車體彈性振動以保證列車的運行平穩(wěn)性和舒適性就是其中之一。

1、車身減振技術(shù)

車身減振技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)向架、車身框架，車身框架又包括車箱、地板等方面。對于轉(zhuǎn)向架為了保持其運行穩(wěn)定性， 抑制振動的傳遞和擴大， 在高速列車的轉(zhuǎn)向架上通常采用了二系彈簧懸掛和三向油壓減振器技術(shù)。為了減小橫向振動， 高速轉(zhuǎn)向架上采用了軸向游間更小的圓錐滾子軸承， 使輪軸在行駛中出現(xiàn)的橫向位移更容易復(fù)原。

2、中國專利申請技術(shù)主題分析

根據(jù)中國專利申請技術(shù)主題分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以看出：中國專利申請中高速列車減振技術(shù)主要分為：車身、車頭/車尾、車端連接和軌道。其中，車身減振技術(shù)專利申請量居于首位，占中國專利申請量的78%;而排名第三的軌道減振技術(shù)低于日本的專利申請量。

分析結(jié)果顯示：

（1）發(fā)明創(chuàng)造使用的技術(shù)手段主要涉及到改進轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、輪/軸箱、一、二系懸掛、增加彈性裝置、改進回轉(zhuǎn)阻尼裝置、改進牽引裝置、使用主動/半主動懸掛等9方面（圖2-2-5），其中優(yōu)化構(gòu)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的技術(shù)手段使用最為突出;獲得的技術(shù)效果集中體現(xiàn)在改善性能、改善作用力、提高阻尼、改善減振器等方面，其中改善各項性能指標(biāo)與改善構(gòu)件間作用力是最突出的技術(shù)效果。

（2）技術(shù)手段與功效的對應(yīng)關(guān)系顯示出目前最常使用發(fā)明創(chuàng)造技術(shù)功效組合是：優(yōu)化結(jié)構(gòu)以改善構(gòu)件間作用力（主要通過調(diào)整構(gòu)件間的位置/連接問的設(shè)計數(shù)據(jù)實現(xiàn)降低構(gòu)件間位移/摩擦造成的沖擊/碰撞力）、增加彈性裝置以改善構(gòu)件間作用力（彈性裝置主要包括彈簧/橡膠件/減振器）等。

二、高速列車車身轉(zhuǎn)向架減振技術(shù)發(fā)展路線

通過高速列車減振技術(shù)發(fā)展路線可以看到：國內(nèi)外申請人對高速列車車身減振技術(shù)都有關(guān)注，國外主要申請人有：韓國鐵路研究所、龐巴迪、日立、川崎重工、阿爾斯通、西門子，國內(nèi)主要申請人有：南車、中車、長春軌道客車、深圳市乾行達科技、西南交通大學(xué)、齊齊哈爾軌道交通。 轉(zhuǎn)向架減振又可分為構(gòu)架、一系懸掛、二系懸掛、牽引驅(qū)動、輪軸/軸箱、彈性裝置等。如下分別對其進行分析。

1、構(gòu)架減振

1981年，龐巴迪申請了針對快速軌道列車轉(zhuǎn)向曲線的轉(zhuǎn)向架框架減振磨損技術(shù);1993年，ALLM對轉(zhuǎn)向架輕量化的減振結(jié)構(gòu);1997年西門子提出了結(jié)構(gòu)緊湊的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)方案;2001年KAWASAKI采用在轉(zhuǎn)向架框架結(jié)構(gòu)之間設(shè)置彈性結(jié)構(gòu)以降低其減振的技術(shù)問題;2015年KRRI進一步對轉(zhuǎn)向架的控制提出了新的改進措施。從上述發(fā)展歷程可知，構(gòu)架減振主要分別從結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)置、材料的選擇、控制、減振類型等方面進行入手從而達到減振效果。

2、軸箱減振

南車分別在2007年和2010年先后提出軸箱彈性組件上設(shè)有可讓搖枕與側(cè)架產(chǎn)生相對擺動或轉(zhuǎn)動的簧上擺動機構(gòu)和軸箱懸掛裝置采用雙側(cè)利諾爾減振器與軸箱定位的方案;2016年，中車在軸箱上增加橡膠墊以降低其減振的技術(shù)問題。對于軸箱減振，主要還是集中在對軸箱整體增加彈性結(jié)構(gòu)以提高其穩(wěn)定性的方式。

3、一系懸掛

中車在2016年提出彈性環(huán)彈性變形帶動頂蓋相對于外套筒下滑，從而在實現(xiàn)減振功能的同時形成向上的垂向摩擦阻尼的方案;2017年，西南交大在驅(qū)動裝置上設(shè)有橫向慣性作動器，構(gòu)架橫梁中部設(shè)有傳感器，傳感器通過信號線與控制器連接，控制器輸出接慣性作動器以降低其減振的技術(shù)問題。由此看出，一系懸掛的減振方式還是集中在彈簧、橡膠、液壓減振器等常見的減振裝置上，而今年來也在開拓控制方面的研究。

4、二系懸掛

1990年，HITACHI申請了構(gòu)成車身軸承裝置3的主要構(gòu)件包括用于姿勢控制的致動器，用于振動控制的致動器和空氣彈簧的減振技術(shù);并于1996年提出主動調(diào)節(jié)空氣彈簧的高度;2010年KRRI提出控制扭桿前后各方向上的擺動;2012年，南車的扭桿安裝塊落于腹板上，形成類似一種減振緩沖，將垂向力和彎矩產(chǎn)生的附加力分由兩部分承擔(dān);2015年，BOMB提出二次彈簧的局部位置相對于轉(zhuǎn)向架框架可更換以降低其減振的技術(shù)問題。空氣彈簧和扭桿結(jié)構(gòu)是二系懸掛的主要改進對象，并主要通過改進其各向上的性能以提高整體減振效果。

5、彈性裝置

1989年，ALST申請了錐形彈性連接件的減振技術(shù);2016年，中車提出直接將橡膠層直接與承載鞍通過硫化工藝成型為一體式結(jié)構(gòu)，無需下襯板與承載鞍連接，省略金屬性的下襯板可大大降低橡膠墊整體的橫向剛度;2017年中車提出具有儲液空間的橡膠件以降低其減振的技術(shù)問題。在國內(nèi)主要集中在對彈性橡膠結(jié)構(gòu)的改進以提高各連接部件的緩沖效果。

6、牽引減振

2011年，BOBA提出MPLE在氣彈簧裝置和橫移裝置之間進行氣動連接，減少齒輪所需的工作量;同年，南車申請了與車體連接的鉸接裝置和與鉸接裝置配合的中心銷牽引裝置;2015年，SIEMENS提出牽引控制;同年，長春軌道客車提出設(shè)有板式鋼簧總成裝置的電機懸掛;2017年，南車置低位斜單拉桿牽引結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了小輪徑轉(zhuǎn)向架的低位牽引，極大的提高了黏著利用率、減小了軸重轉(zhuǎn)移。

7、主懸掛

ALSM分別在1995年和1997年先后申請了調(diào)節(jié)電子單元檢測作用在機體上的非補償離心加速度和用于控制在用于車輛，特別是軌道車輛的主動懸架裝置中實現(xiàn)的致動器裝置的控制方法和控制裝置的技術(shù);2010年，長春孔輝汽車提出半主動懸掛用的阻尼可調(diào)減振器;2012年，南車提出控制裝置，采樣板采集加速度傳感器信號;2017年，西南交大提出基于H∞的懸掛控制器、電流控制器和磁流變阻尼器。

三、技術(shù)發(fā)展建議

近年來中國高速列車減振技術(shù)專利發(fā)展迅速，中國高鐵技術(shù)現(xiàn)階段確實具備一定的優(yōu)勢，但是若知識產(chǎn)權(quán)保護意識薄弱，在國際知識產(chǎn)權(quán)殘酷的競爭行下，這些優(yōu)勢可能就會逐漸消失，因而，本文在分析專利活動之余，嘗試為國內(nèi)高鐵車輛研發(fā)的重要申請人如中車集團今后的技術(shù)研發(fā)和專利申請?zhí)峁┮恍﹨⒖冀ㄗh：

加強專利活動的戰(zhàn)略性，密切融合專利戰(zhàn)略與技術(shù)發(fā)展。加強專利活動的戰(zhàn)略性，加大知識產(chǎn)權(quán)的國際保護力度，充分考慮企業(yè)的內(nèi)外部環(huán)境，監(jiān)察市場需求及行業(yè)內(nèi)對手的經(jīng)營戰(zhàn)略，密切融合專利戰(zhàn)略與技術(shù)發(fā)展，挖掘自己的技術(shù)優(yōu)勢，形成有效與前瞻性的專利布局，擴大自己的領(lǐng)先優(yōu)勢。

（1）提升專利質(zhì)量，矩陣華專利管理體系。雖然中國高鐵在速度上也不斷刷新世界紀錄，其技術(shù)也被公認為國際領(lǐng)先，近年來發(fā)展迅速，中國專利申請總量居于首位，占全球?qū)＠暾埩康囊话?，但其在一定程度上一樣也面臨著“重數(shù)量輕質(zhì)量”“多外殼少內(nèi)核”的專利申請困境，因此，提升專利質(zhì)量，矩陣華專利管理體系，優(yōu)化專利結(jié)構(gòu)，也是日后專利申請的注意要點。

（2）加強專利的整體化布局與運營。專利法規(guī)定專利的宗旨是鼓勵發(fā)明創(chuàng)造。

專利之所能對技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生激勵作用，是以對市場激勵機制的運作為基礎(chǔ)的。如前所述，在高鐵減振領(lǐng)域，中車申請量第一，擁有大量專利，具有強大的專利儲備。但只有以專利運營為目標(biāo)，布局形成有價值的組合專利，對其所擁有的專利進行分分類和評估，列出基礎(chǔ)專利、核心專利、外圍專利并對其進行布局和運營，才能鞏固企業(yè)的整體發(fā)展，保障中國在高鐵技術(shù)上的優(yōu)勢，促進后續(xù)的創(chuàng)新活動。